JP2891319B2 - 連続溶融金属メッキ浴中ロール用すべり軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続溶融金属メッキ浴中
ロール用すべり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼板等に亜鉛、アルミニウム等の
金属を連続で溶融メッキする装置は、図７に示す如く、
鋼板１をメッキ浴中の溶融金属２に浸漬した後方向を変
化させ金属浴外へ出すためのシンクロール４及び鋼板の
通過位置を安定させメッキ付着厚みを平準化するための
サポートロール３からなる。５はシンクロールの軸受で
ある。

【０００３】図８は、図７の溶融金属メッキ装置のシン
クロール４の構成を示す正面図であって、シンクロール
４はハンガー６に設けたシンクロールの軸受５に設置さ
れている。４−ａはシンクロールのロール部分であり、
４−ｂはシンクロールの軸部分である。

【０００４】シンクロールの軸受５の材質は一般にステ
ンレス鋼が用いられ、形状は図４の５−１の如く一般の
すべり軸受と同様の円筒、またはロール回転時ロールは
鋼板により常時上方向に持ち上げられているので、図５
の５−２の如く半割り円筒を上部に設置した状態で使用
される。７はウェッジである。

【０００５】当該軸受は、溶融金属による浸食と機械的
すべりの相乗作用により、実質負荷を受ける上部の減耗
が著しく速いため、通常２週間程度の短周期でロールを
金属浴から引き揚げて軸受の交換が行われており、生産
性低下・整備費用増大に繋がり、更には軸受摩耗による
回転振動発生に伴うメッキ製品の表面品質悪化要因とも
なっており、大きな問題であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この対策として軸受の
セラミックス化が鋭意検討され、耐摩耗性の点において
は飛躍的な性能向上が図られつつあり、摩耗という観点
のみから見た寿命は半永久的といえる状況にまで改善さ
れてきている。しかしながらこのシンクロールは軸受以
外の要因、例えばロール胴部の損耗によるロール取替え
等の必要からロール一式の引き揚げ・再浸漬作業が不可
避的に発生するが、例えばセラミックスを図４及び図５
のような従来軸受形状のまま使用した場合にはロールの
引き揚げ・再浸漬の１〜２回の繰り返しで、熱応力によ
りセラミックスが割れるため、摩耗が微小であるにもか
かわらずそれほど寿命が延びない、という問題があっ
た。

【０００７】熱応力割れ発生のメカニズムを図６（ａ）
〜（ｃ）に基づいて説明する。通常ロールを支持してい
るハンガー６はやはりステンレス製であり熱膨張係数は
α＝１１〜１８×１０^-6／℃程度と一般の鋼と比べ大き
い。一方、当該軸受用セラミックス材としては通常窒化
珪素、サイアロン等の高強度材が用いられるが、この種
のセラミックスの熱膨張係数はα＝３×１０^-6／℃程度
で極めて小さい。従って同図（ａ）で溶融金属浴外でセ
ットした軸受５−２は同図（ｂ）の如く浴に浸漬すると
ハンガー６の膨張代の方が遙かに大きいため、大きな隙
間イが開いた状態になる。そして、同図（ｃ）でロール
が引き揚げられ放冷される過程で該隙間に差し込んだ溶
融金属は完全に抜け出ることはなく、大半がロの如く残
留固化するため、全体冷却に伴う収縮ハによりセラミッ
クス軸受５−２に極めて大きい曲げ応力が作用し、割れ
を発生せしめる。

【０００８】その対策として、実開昭６３−７３３４９
で開示されたハンガーとセラミックス軸受の中間にアル
ミナファイバー等で作られた耐熱製緩衝材シートを介在
させる方法があるが、これは１回目の浸漬→引き揚げ
（冷却）の際には差し込んだ金属によりシートが潰れ熱
応力を多少緩和する効果を持つが、２回目以降は最早シ
ートが圧縮塑性限界までへたってしまっており、効果は
望めない。別の方法として、浴中での隙間発生をキャン
セルしてゼロにする程の、ステンレスより更に大きな熱
膨張係数を持った耐食・耐熱リングを介在させるアイデ
アも考えられるが、現実的にはそのような材料は存在し
ない。

【０００９】もう一つの対策は、セラミックスを分割し
外径・長さを小さくすることにより、溶融金属が差し込
む度合をできるだけ少なく、かつセラミックス自身のコ
ンパクト化により曲げ応力を小さくしようとするもので
ある。この方法として、実開昭５７−１２５７６８に開
示された例がある。この方法は超硬合金板をハの字状下
向きに開口して設置するものであるが、超硬合金板の形
状がハの字直線状であることのため、溶融金属による潤
滑効果すなわち、いわゆる油潤滑におけるくさび型油膜
形成に伴う流体潤滑効果と同等の作用による低摩擦回転
が期待できない。またハの字軸受に対し軸がウェッジの
如く食い込むようにして接触回転するので、摩擦はより
一層大きくなる。シンクロールは浴外から回転駆動する
ことが難しいため、ロール胴部における胴部〜鋼板の接
触摩擦トルクにより回転する無駆動方式が一般である
が、そのため軸受の摩擦が大きいと鋼板とロールがスリ
ップを起こし鋼板に疵を発生せしめたり、ロールに振動
が発生しチャタマークの原因になる。従って、軸受の摩
擦が安定的に低く、滑らかに回転することは重要な機能
であり、この観点から上記形状軸受では、安定した操業
が期待できない。

【００１０】別の例として特開平１−３１６４４３に開
示された、軸と摺動する部分が平滑なブロック状セラミ
ックスを金属製軸受ベースに数カ所埋め込む構造の軸受
があるが、これは前記ハの字軸受と同様良好な流体潤滑
効果が期待できないのと、セラミックスとセラミックス
の間の金属軸受部分のみが速く摩耗してしまい、セラミ
ックス部と段差ができるため早期に振動が発生するとい
う問題がある。特開平３−１７７５５２においても同様
の方法が開示されているが、この方法は最初からセラミ
ックスブロックを中間金属部より完全に突き出して使用
するため、前記流体潤滑効果は全く期待できず、またセ
ラミックスの固定方法が複雑で構成部品点数が多く耐久
性に富む構造とは言いがたい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来技術の課題を解決することを目的として提案するもの
で、その要旨とするところは、以下の（１）〜（３）の
通りである。

【００１２】（１）金属製の半円筒状或は部分円筒状の
軸受において、それを周方向に分割し軸受が負荷を受け
る方向にある分割部分のみをセラミックスとし、前記の
セラミックスは当該セラミックスが配置される部分のみ
をくり貫いた金属製の軸受ベースに挿入して保持される
構造としたことを特徴とする連続溶融金属メッキ浴中ロ
ール用すべり軸受。

【００１３】（２）前記セラミックス部分の相手軸と摺
動する内面側の回転周方向の大きさを、軸の回転中心と
前記セラミックス部分の内面の周方向両端部を結ぶ２本
の直線のなす角度にして２０°から９０°にしたことを
特徴とする前記（１）の連続溶融金属メッキ浴中ロール
用すべり軸受。

【００１４】（３）前記セラミックス部分を軸方向、周
方向、または軸方向及び周方向に分割したことを特徴と
する前記（１）または（２）の連続溶融金属メッキ浴中
ロー ル用すべり軸受。

【００１５】

【作用】ロール軸と接触摺動する内面側を軸の外径より
やや大きい直径を持つ曲面としたブロック状セラミック
スをその中心が負荷中心にほぼ合うように配置する。セ
ラミックスは極めて耐摩耗性に富むので実質負荷を受け
る部分に必要最小限の周方向長さを持つものとすること
により、当該部以外の金属部分が強く接触し摩耗が進む
ことはなく金属部との段付摩耗による振動発生はない。
また該セラミックスのコンパクト化によりハンガーとの
熱膨張係数差に伴う溶融金属の差し込みの度合を少なく
でき、更に若干差し込んで固化した金属による曲げ作用
に対しても、曲げの支点間距離が小さくなること、及び
曲げを与える力の方向が、従来形状のままセラミックス
化した場合すなわち図６の形状のようにトンネル形状を
全方向から圧縮する場合に比べ、たとえ同じ力が作用す
るとしても発生する応力は小さくなる方向なので有利で
ある。以上の原理により、曲げ応力が大幅に軽減され割
れにくくなる。

【００１６】セラミックスブロックの取付けはハンガー
あるいは専用の金属製軸受ベースに加工したセラミック
ス取付け穴に挿入するか、または半円筒状あるいは部分
円筒状軸受にして周方向に分割して、必要部分のみをセ
ラミックス、他部分を金属製としてアーチ型として全体
を自立させる構造とする。セラミックスブロックの軸方
向の固定は止め板をハンガーに取りつけて行うかあるい
は金属製軸受ベースのセラミックス挿入穴を額縁状にす
ることにより全方向の動きを拘束する。尚金属製軸受ベ
ースはハンガーに溶接あるいはウェッジ等で容易に固定
できることは言うまでもない。従って構造がシンプルで
整備性・耐久性に富む。またセラミックスの内面側を軸
の外径よりやや大きい直径を持つ円形にし、最も面圧の
高くなる軸受上部の入出側鋼板張力の合力方向に設置す
るので流体潤滑効果による低摩擦の良好な摩擦状態が得
られ、安定した回転が実現できる。

【００１７】更に言えば、上記のセラミックス部分を軸
方向あるいは周方向、または軸方向及び周方向に予め分
割し、お互いを分割面で密着させ、組み合わせた状態で
使用する構造としてもよい。このようにしてもセラミッ
クス部分の中での動きはセラミックス同志で拘束される
ので実用上の問題はなく、一方セラミックスがよりコン
パクト化されるので、熱応力割れに対し万全の対策とな
る。

【００１８】以上の作用により、耐摩耗性に優れるが割
れやすいため長寿命化できなかったセラミックス製軸受
を、良好な低摩擦状態を維持しながら、極めて割れにく
くし長々寿命化することができた。尚、本発明軸受はサ
ポートロールの軸受にも適用拡大が可能であることは言
うまでもない。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２０】実施例１ 本発明の実施例 として図１（ａ）、図１（ｂ）の如く金
属製軸受ベース１３、１４を額縁状にくり抜いてセラミ
ックスブロック１２を挿入する方式を採用すれば、セラ
ミックスブロックの動きは軸受の半径方向は軸受ベース
及びハンガーで、軸方向は軸受ベースで固定されるの
で、止め板等が不要となり便利である。

【００２１】更に図１（ｂ）の１２−１、１２−２、１
２−３の如くセラミックス部分を予め軸方向、周方向ま
たは軸方向及び周方向に分割し、よりコンパクトにして
おけば熱応力割れに対し万全なものとなることは言うま
でもない。

【００２２】またハンガーの新製を前提とすれば、図２
（ａ）又は図２（ｂ）の如きハンガー６に軸受のセラミ
ックスブロック１５および軸受の金属製軸受ベース１６
を設けるか又は軸受のセラミックスブロック１５を設け
た、構造を採用しても同様な効果が得られることは言う
までもない。

【００２３】実施例２ セラミックス材を実施例１と同等のサイアロンとして、
図２（ｂ）に示す自立アーチ型構造の軸受とした。セラ
ミックスブロック１０の角度θは６０°とした。その他
軸受の内径、外径、長さ及び金属製軸受ベース１７・ハ
ンガー６の材質等は実施例１と同じである。セラミック
スブロックの軸方向の固定も実施例１と同じとした。
尚、軸受の周方向の廻り止めはＳＵＳ３１６製のダブル
ウェッジ７を打ち込んで固定した。この軸受を溶融亜鉛
メッキラインの実操業に使用したが、１１回の使用（浸
漬・引き揚げ）後も特に異状は見られなかった。

【００２４】尚、本構造の変形として図２（ｃ）の如き
ハンガー６に軸受のセラミックスブロック１０、１５お
よび軸受の金属製軸受ベース１７、１８を設けた、方法
を採用しても同等の効果が得られる。

【００２５】実施例３ 次に本発明軸受をサポートロール３に適用した結果を示
す。

【００２６】セラミックス材を実施例１と同等のサイア
ロンとして、図３に示す構造の軸受とした。金属製軸受
ベース１４は額縁状にくり抜いてセラミックスブロック
１２を挿入固定する方式とした。セラミックスブロック
の寸法はθ＝６０°、内径１０５ｍｍ、外径１３５ｍ
ｍ、長さ２００ｍｍとした。尚相手軸は直径を１００ｍ
ｍ、軸受と接触摺動する部分の長さを１８０ｍｍとし
た。金属製軸受ベースの材質はＳＵＳ３１６とし、ダブ
ルウェッジ７を打ち込んでサポートロールハンガー２０
に固定した。ハンガーの材質もＳＵＳ３１６相当品であ
る。尚サポートロール軸押さえ１９の材質は本体をＳＵ
Ｓ３１６とし、軸接触摺動部にステライトを肉盛り溶接
したものを使った。この軸受を溶融亜鉛メッキラインの
サポートロール軸受に適用した結果、やはり８回の実操
業試験を行い全く問題のないことを確認した。尚、サポ
ートロールの軸受は寸法がシンクロール軸受より小さく
熱応力が小さいので、割れに対して安全でシンクロール
軸受以上の長々寿命が確実に期待できるのは言うまでも
ない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の軸受を採用することにより、従
来割れが先行しステンレス製軸受の２倍程度の寿命にし
かできなかったセラミックス軸受に対し、その耐割れ性
を大幅に向上させることができ、寿命を１３倍以上、取
替え周期にして６か月以上の大幅な寿命延長が可能とな
った。

【００２８】その結果、生産性向上・整備費の大幅な削
減が可能となり、更に鋼板の表面品質の高位安定維持も
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の別の実施
例を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施例の構造を示す側面図で
ある。（ｂ）は本発明の別の実施例を示す側面図であ
る。（ｃ）は（ｂ）の変形実施例である軸受の構造を示
す側面図である。

【図３】サポートロールに対し本発明を適用した場合の
構造を示す側面図である。

【図４】従来の軸受の形状及びロール軸との関係を示す
側面図である。

【図５】従来の軸受の形状及びロール軸との関係を示す
側面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、従来軸受形状のままセラミ
ックス化を図った時に起こる熱応力割れのメカニズムを
説明した図である。

【図７】溶融金属メッキ装置の構成を説明する概略側面
図である。

【図８】シンクロールの構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 鋼板 ２ 溶融金属 ３ サポートロール ４ シンクロール ４−ａ シンクロールのロール部分 ４−ｂ シンクロールの軸部分 ５ シンクロールの軸受 ５−１ 〃 ５−２ 〃 ６ ハンガー ７ ウェッジ １０ セラミックスブロック １２ セラミックスブロック １２−１ 軸方向に分割したセラミックスブロック １２−２ 周方向に分割したセラミックスブロック １２−３ 軸方向及び周方向に分割したセラミックスブ
ロック １３ 金属製軸受ベース １４ 〃 １５ セラミックスブロック １６ 軸受の金属製軸受ベース １７ 〃 １８ 〃 １９ サポートロール軸押さえ ２０ サポートロールハンガー イ すきま ロ 溶融金属の残留固化 ハ 収縮

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の半円筒状或は部分円筒状の軸受
   において、それを周方向に分割し軸受が負荷を受ける方
   向にある分割部分のみをセラミックスとし、前記のセラ
   ミックスは当該セラミックスが配置される部分のみをく
   り貫いた金属製の軸受ベースに挿入して保持される構造
   としたことを特徴とする連続溶融金属メッキ浴中ロール
   用すべり軸受。
2. 【請求項２】 前記セラミックス部分の相手軸と摺動す
   る内面側の回転周方向の大きさを、軸の回転中心と前記
   セラミックス部分の内面の周方向両端部を結ぶ２本の直
   線のなす角度にして２０°から９０°にしたことを特徴
   とする請求項１記載の連続溶融金属メッキ浴中ロール用
   すべり軸受。
3. 【請求項３】 前記セラミックス部分を軸方向、周方
   向、または軸方向及び周方向に分割したことを特徴とす
   る請求項１または２記載の連続溶融金属メッキ浴中ロー
   ル用すべり軸受。